Формула бронзы сплав: Бронза — состав, свойства, применение бронзы и сплавов

alexxlab | 23.04.2023 | 0 | Разное

Изделие из сплава стали и бронзы создали с помощью 3D-печати в Сколтехе

11 января 2023 19:26 Юлия Рудый

На снимке видны чередующиеся участки из бронзы и стали в сплаве. Масштабная линейка — 0,1 миллиметра.
Фото Константин Макаренко и др./ Materials & Design, 2022.

Образец из сплава, напечатанный на 3D-принтере для механических испытаний. Его растягивают на специальной машине и определяют менее прочные места (показаны красным цветом на рисунке слева сверху).
Иллюстрация Константин Макаренко/ Сколтех.

Учёные Сколтеха изучили новые железо-медные сплавы для аддитивной печати. В дальнейшем их можно будет использовать для создания двигателей самолётов и ракет.

Развитие 3D-печати металлами идёт семимильными шагами: учёные всего мира ищут и исследуют материалы, подходящие для больших промышленных производств самых разных “печатных” изделий.

Специалисты Сколтеха также работают в этой прогрессивной сфере исследований. Недавно они создали на 3D-принтере образцы из сплавов стали и бронзы, которые ранее не изучались. Учёные определили структуру полученных образцов и их механические свойства. Новые данные позволят использовать такие сплавы в 3D-печати, к примеру, двигателей самолётов и ракет.

Почему исследователями были выбраны именно железо и медь?

С помощью такого сплава можно напечатать камеру сгорания, в которой сталь будет придавать стенкам высокую жаростойкость, а бронза — необходимую теплопроводность.

Последнее нужно, чтобы избежать перегрева конечного изделия в ходе его эксплуатации.

“У технологии 3D-печати большие возможности для изготовления композитов — материалов, состоящих из двух разнородных компонентов и наследующих свойства обоих, — рассказывает доцент Центра технологий материалов Сколтеха Игорь Шишковский. — […] на 3D-принтере можно сделать цельную композитную камеру с плавным, бездефектным переходом: внутри она бронзовая и потому хорошо охлаждается, снаружи — стальная, поэтому не происходит разрушения”.

В ходе 3D-печати порошкообразные ингредиенты сплавляются лазером и смешиваются непосредственно в той точке образца, где в этот момент работает лазер.

Сколтеховцы впоследствии исследовали печатные образцы, в которых два исходных материала были перемешаны равномерно, а также те образцы, где бронза и сталь чередовались очень тонкими слоями.

Также учёные попробовали менять соотношение стали и бронзы, брали как равные части, так и 75% бронзы к 25% стали соответственно.

Кроме того, российские исследователи брали бронзу разного состава: алюминиевую, хромистую и оловянистую.

Образец из сплава, напечатанный на 3D-принтере для механических испытаний. Его растягивают на специальной машине и определяют менее прочные места (показаны красным цветом на рисунке слева сверху).

Иллюстрация Константин Макаренко/ Сколтех.

Учёные изучили внутреннее строение полученных образцов с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии. Затем полоски из сплава разорвали на специальном стенде.

Сплавы хорошо показали себя: образцы не содержали дефектов, которые могут привести к поломке конечного 3D-изделия в процессе работы.

“Теперь, когда мы знаем, что бронзу и сталь действительно можно сплавлять технологией прямого нанесения материала на 3D-принтере, и знаем механические характеристики этого нового сплава, мы можем исследовать его возможные применения”, ‒ говорит первый автор работы, аспирант Сколтеха Константин Макаренко.

Он также рассказал, что его научная группа попробует напечатать лопатки турбин, каналы охлаждения которых будут сделаны из бронзы, а сама лопатка — из прочного суперсплава. В таком изделии не будет швов и прочих сочленений, что значительно улучшит его рабочие характеристики.

Также учёные Сколтеха хотели бы напечатать с помощью нового сплава или других перспективных материалов, которые будут найдены позднее, камеру сгорания.

Статья авторов работы вышла в журнале Materials & Design.

Ранее мы писали о том, как российские учёные научились создавать с помощью 3D-печати одежду и создали технологию 3D-печати индивидуальных протезов для мозга.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе “Научпоп” на медиаплатформе “Смотрим”.

наука Сколтех композитный материал бронза сталь 3D-печать новости Россия

Ранее по теме

  • Учёные создали алмазы из пластика и выяснили, как часто идут “алмазные дожди”
  • Удар метеорита породил удивительный кристалл.
    Теперь его хотят воссоздать в лаборатории
  • В России разработали новый материал для космоса и авиации
  • Платина осталась жидкой при комнатной температуре благодаря добавке другого металла
  • На замену меди и алюминию в России разработали новые сверхпрочные термостойкие материалы для авиации
  • Из шлама и мочи: учёные предложили новый рецепт экоцемента

Бронза и латунь – основные отличия

Медные сплавы широко применяются в промышленности. В быту ежедневно встречаются предметы, изготовленные из медесодержащих металлов. Возможная визуальная схожесть, характерный металлический блеск затрудняет поиск отличий бронзы от латуни на внешний вид без профессионального исследования.

Оба сплава, действительно, имеют некоторую общность свойств: устойчивость к коррозийному воздействию, высокий показатель теплопроводности, антифрикционные качества, похожий цвет отдельных марок того и другого металла.

Сложность найти отличие латуни от бронзы визуально усугубляется тем, что классический состав обоих сплавов, известных с древности, уже далеко не самый популярный и вытеснен более современными модификациями. 

Помимо оригинальной бронзовой формулы (медь плюс олово), металлургическая промышленность представляет многокомпонентные варианты, включающие, помимо легирующего элемента Sn, иные металлы и неметаллы: фосфор, бериллий, свинец, кремний, марганец, хром и т.д. Отдельной разновидностью бронз выступает безоловянный состав. Широкий химический «ассортимент» предопределяет палитру свойств, которую может проявлять бронза.

Не менее разнообразны и латунные соединения. Качественные различия демонстрирует латунь даже при оригинальном составе (медь плюс цинк), ввиду неодинакового внутреннего процентного соотношения. Обогащение классической формулы иными элементами позволяет добиться совершенно других, уникальных свойств.

Неоднородность и многообразие химических составов рассматриваемых сплавов требуют рассмотреть их поочередно, чтобы составить четкое представление, какие отличия могут иметь бронза и латунь, а также их общие черты.

Бронза: разновидности, свойства, применение

Древнейший сплав, широко применяемый в течение нескольких тысячелетий, популярен за счет уникальных свойств. Это прочный, износостойкий металл, высокопластичный и твердый. Бронза дает минимальный показатель усадки при отливке – до полутора процентов. Коррозийная устойчивость – повышенная (даже долговременное пребывание металла в соленой воде не снизит его первоначальных свойств). Реакция на большинство кислот – нейтральная.

Оригинальный состав при 98-процентом содержании меди (и двух процентах олова) дает повышенную пластичность, обуславливая возможность ковки без воздействия рекристаллизационных температур, в то время как нормальный состав (Сu – 85%, Sn – 15 %) обеспечивает повышенную прочность и твердость. При варьировании соотношения химических элементов бронза позволяет добиваться уникальных качеств и нужных показателей.

Рассматриваемый медный сплав востребован в совершенно противоположных сферах: в приборостроении и ваянии скульптур, в строительстве ракет, кораблей, конструкций авиационного назначения.

Классификация

Вариативность бронзовых составов предполагает необходимость их классифицировать. Определив в качестве основания наличие оловянного легирующего компонента, выделают два их вида: оловянные и безоловянные. В свою очередь, оловянный состав может быть двухкомпонентным и многокомпонентным.

  • Безоловянная бронза может быть алюминиевой, свинцовой, кремниевой и т.д. Каждая марка состава разрабатывалась для получения новых полезных свойств или усиления имеющихся.
  • Алюминиевая бронза получила широкое промышленное распространение как экономичная альтернатива оловянному варианту. Алюминиевый состав показал большую плотность при отливках, лучшую текучесть в жидком виде, повышенную коррозионную стойкость.  При однозначных плюсах этот вариант имеет и минусы в некоторых сферах (повышенная усадка, трудность пайки и т.д.). Указанные недостатки нейтрализуются легированием дополнительными компонентами: цинком, железом, никелем.
  • Повышенной теплопроводностью и усиленными антифрикционными показателями обладает свинцовая бронза.
  • Нечувствительность к соленой воде возрастает при цинковом легировании.
  • Кремниевый состав демонстрирует высокую электропроводность; такая бронза – основа электроники и радиопромышленности.

Широкое разнообразие составов, их количественная и качественная вариативность отражается в маркировке. Безоловянная бронза обозначается символами Бр, с дальнейшим указанием второго элемента с его процентным содержанием.

Примеры: 

  • БрА5 – комплекс с содержанием меди – 95% алюминия 5%.
  • БрБ2 – наличие 98% меди в составе с 2% бериллия.

Оловянные составы также маркируются в соответствии с нормами государственной стандартизации.

Аббревиатура БрО10Ц2 означает, что данный состав бронзы содержит медь – 88 %, олово -10 %, цинк – 2 %.

Основанием для классификации бронз также может выступать метод обработки. Сплав, пригодный для ковки, резки и фрезеровки называется деформируемым. Если при работе с материалом требуется металлургическое воздействие, то это литейная бронза.

С учетом структуры можно выделить однофазные и двухфазные бронзы.

Из-за вариативности состава, цвет бронзы может быть от красновато-коричневого до серебристо-серого. В этой связи, распространенный способ определить, где латунь, а где – бронза, по цвету – не вполне эффективен.

Латунь: виды, состав, применение

Древнейший сплав, первично появившийся как комбинация меди и цинка, сегодня представляет собой целую систему модификаций.

Самая распространенная классификация латуней предлагает в качестве основания состав вещества.

  • Двухкомпонентная латунь – сплав меди с цинком в различных процентных комбинациях. Маркируется двухкомпонентный состав следующим образом: буква Л с числом, указывающим на содержание медной составляющей. Например, Л 68 содержит 32% цинка; Л80 – 80% меди, 20% цинка.
  • Многокомпонентная латунь включает, помимо меди и цинка, также иные вещества. Это могут быть свинец, никель, марганец и т.д. Легирование метала дополнительными элементами влияет на цвет и химико-механические характеристики. Обозначение многокомпонентных сплавов выглядит так: ЛС-62-5 (меди – 62%, свинца 5%, 33% – цинк).

Латунный сплав может быть деформируемым и литейным. Первые применяются для производства листов, лент, трубы, проволоки. Литейные идут на изготовление арматуры, подшипников и т.д.

Наиболее привычный цвет латуни – золотисто-желтый, за счет чего высока ее художественная и эстетическая ценность. Пластичность, высокий антифрикционный показатель, устойчивость к коррозии – полезные качества сплава, обусловившие его ценность.

Индивидуальные свойства рассматриваемого металла зависят от включенного компонента. Марганец и олово добавляют латунному сплаву антикоррозийные качества. Никель усиливает стойкость к щелочному воздействию.

За счет добавления свинца металл проще резать на станке за счет уменьшения механической прочности. Алюминий снижает окислительные процессы.

Сравнение медных сплавов

Учитывая вариативность состава бронзы и латуни, отличия могут быть как внутри бронзовой, так и внутри латунной группы. При этом отдельные марки разных металлов могут иметь между собой общие характеристики.

Традиционно в науке, сравнивая бронзу и латунь, выделяют следующие отличия:

  • Цвет; несмотря на то, что некоторые бронзовые составы могут иметь желтый оттенок, напоминающий латунный, чаще всего бронза бывает красно-коричневой, а латунь – насыщенно желтой. Если в бронзовом оловянном составе будет присутствовать 2,5% алюминия, то визуально отличить его от золотистой латуни сможет только профессионал.
  • Структура бронзы крупнозернистая, в отличие от мелкозернистой латунной.
  • Различная реакция на соль. Оба сплава могут быть дополнены легирующими элементами, усиливающими невосприимчивость к соленой воде, но латунь все же подвержена окислению вследствие соляного воздействия.
  • Реакция на азотную кислоту. Бронза почти не взаимодействует с кислотами. Азотная является исключением. Продукты реакции зависят от степени разбавленности кислоты, но реакция будет. Латунь никакой реакции не даст.
  • При нагревании до шестисот градусов бронза не покажет изменений, в то время как латунь даст серый налет.
  • Гибкость латуни отличает этот металл от других. Она будет гнуться при значительном воздействии, тогда как бронза треснет.

Приведенные отличия в определенных составах будут проявляться более четко, в других не так однозначно.

Особенности применения медных металлов

Оба медных сплава в различных вариативных формах используются во всех промышленных сферах: судостроении, скульптуре, электротехнике, фурнитуре и т. д. Бронза предпочтительна для изготовления деталей, которым предстоит выдерживать серьезные нагрузки, производства прочных и долговечных механизмов.

В использовании латуни присутствует тенденция к декоративно-эстетическому направлению.

Как различить медные сплавы самостоятельно

Для получения точного результата необходим спектральный анализ металла. Профессиональный метод требует специального оборудования, квалификации и навыков. Есть несколько простых способов, которые помогут отличить бронзу от латуни в бытовых условиях с высокой точностью:

  • Магнитный метод. Из веществ, присутствующих в составе обоих сплавов, олово активнее всего проявляет магнитные свойства. Стружка бронзы начнет прилипать при наличии сильного магнита. Латунь не даст никаких движений.
  • Визуальный анализ излома. Данный метод затруднителен без специального оборудования, но при возможности создать излом, тип сплава будет очевиден: мелкозернистую латунь не перепутать с крупнозернистой бронзой.
  • Реакция с азотной кислотой. Известно, что бронза реагирует с одной из немногих кислот – с азотной. Имея пятидесятипроцентный реактив, можно провести опыт даже в домашних условиях. В результате будет получен видимый осадок.
  • Воздействие высоких температур. При нагревании до 600 градусов бронза станет более хрупкой. Латунь начнет проявлять пластичные свойства. Указанное различие обусловлено наличием цинка в составе.
  • Метод распила. Если взять ножовку и попробовать подпилить материал, получается стружка. Качество стружки поможет определить, что это за металл. Бронзовый сплав, за счет присутствия в составе олова, даст стружку в виде мелкой пыли. У латуни совершенно иной продукт распила – витые кусочки и пластинки.
  • Испытание морской солью. Этот метод иногда предлагается для домашних экспериментов, но он недостаточно эффективен. Во-первых, для того, чтобы сделать вывод о наличии или отсутствии реакции на соль, материал надо поместить в морскую соленую воду на достаточно долгое время. Во-вторых, несмотря на однозначное лидерство бронзы в этом вопросе, некоторые латунные сплавы тоже устойчивы к солевому воздействию.

Рассмотренные методы наиболее эффективны при сравнении оригинальных составов. При легировании дополнительными элементами оба металла могут достигать максимальной схожести свойств.

Сплав C95800, Никель-алюминиевая бронза C958

Описание продукта: Никель-алюминиевая бронза
Твердые частицы: наружный диаметр от 1/2 до 9 дюймов.
Трубки: от 1 1/8″ до 9″ Н.Д.
Прямоугольники: до 15 дюймов.
Стандартная длина: 144 дюйма.

Крепеж: гайки
Промышленность: втулки, шестерни, машины, травильное оборудование, лопасти гребных винтов, ступица гребного винта, валы, корпуса клапанов, износостойкие пластины, червячные колеса, червяки
Marine: крышки для судового оборудования, судостроение, судостроение, арматура, контактирующая с морской водой
Сантехника: отводы

ЦДА АСТМ САЕ АМС Федеральный Военный Другое
С95800 Б505
Б505М
    QQ-C-390, G8   Никель-алюминиевая бронза Apha
Cu% Pb% Fe%1 Ni%1,2 Ал% Мн% Si%

Химический состав согласно ASTM B505/B505M-18

1 Содержание Fe не должно превышать содержание Ni. Значение 2Ni включает Co.

Если не указано иное, отдельные значения представляют максимумы.

79,00
мин
 
0,03
3,50-
4,50
4.00-
5.00
8,50-
9,50
0,80-
1,50
 
0,10
Медный сплав UNS № Рейтинг обрабатываемости Плотность (фунт/дюйм3 при 68 °F)
С95800 20 0,276

Механические свойства в соответствии с ASTM B505/B505M-18

Примечание: C95800 поставляется в литом виде или в отожженном состоянии.

Прочность на растяжение, не менее Предел текучести при удлинении 0,5% под нагрузкой, мин. Удлинение, 2 дюйма или не менее 50 мм Твердость по Бринеллю (нагрузка 3000 кг) Замечания
тысяч фунтов на квадратный дюйм МПа тысяч фунтов на квадратный дюйм МПа % типовой BHN  
85 586 35 241 18 159  
  Стандарт США Метрическая система

Физические свойства предоставлены CDA

*Напряженность поля 16 кА/м

Точка плавления – ликвидус 1940 °F 1060 °С
Точка плавления – Solidus 1910 °F 1043 °С
Плотность 0,276 фунта/дюйм3 при 68 °F 7,64 г/см3 при 20 °C
Удельный вес 7,64 7,64
Электропроводность 7% IACS при 68 °F 0,041 мегасименс/см при 20 °C
Теплопроводность 20,8 БТЕ/кв. фут/фут·ч/°F при 68 °F 36 Вт/м при 20 °C
Коэффициент теплового расширения 68-572 9 · 10-6 на °F (68-572 °F) 15,5 · 10-6 на °C (20-300 °C)
Удельная теплоемкость 0,105 БТЕ/фунт/°F при 68 °F 440 Дж/кг при 20 °C
Модуль упругости при растяжении 16500 тыс.фунтов/кв.дюйм 114000 МПа
Магнитная проницаемость* 1,05 1,05
Коэффициент Пуассона 0,32 0,32

Свойства изготовления, предоставленные CDA

Техника Пригодность
Пайка Хорошо
Пайка Ярмарка
Ацетиленовая сварка Не рекомендуется
Дуговая сварка в среде защитного газа Хорошо
Дуговая сварка металла с покрытием Хорошо
Класс обрабатываемости 20

Тепловые свойства предоставлены CDA

*Температура измеряется в градусах Фаренгейта. **Для снятия напряжения, обработки на твердый раствор и отжига – время измеряется в часах/дюйм толщины. Для термической обработки осаждением – время измеряется в часах.

Лечение Значение* Время**
Снятие напряжения 600  
Обработка раствором   0

ПОИСК ПО НОМЕРУ CDA

C14500C23000C24000C26000C31400C31600C51000C52100C53400C54400C62400C63000C63020C64200C64210C65100C67300C67400C67410C69600C69600400C69430C72900 (AMS 4596)C72900 (AMS 4597)

C72900 (AMS 4598) C83600 C83800 C84200 C84400 C84800 C85700 C86200 C86300 C86400 C86500 C86700 C87850 C89320 C89325 C89520 C89831 C89833 C89835 C89844 C C90500 C90700

C90800 C91000 C91100 C91300 C91600 C91700 C92200 C92300 C92500 C92700 C92800 C92900 С93200 C93400 C93500 C93600 C93700 C93800 C93900 C94000 C94100 C94300 C94700

C94700HT C94800 C95200 C95300 C95300HT C95400 C95400HT C95410 C95410HT C95500 C95500HT C95510 C95520HT C95600 C95800 C95900 C96400 C96900HT C97300 C97600 C97800 C99500 КОНКАСТ380

Бронза

— это сплав или смесь меди и олова.

сплав изначально содержит 4 кг меди и 4 кг олова. Предположим, вы меняете количество меди на x кг (т. е. добавить медь, если x положительно, но удалить медь, если x отрицательно). Концентрация меди в f(x) = концентрация меди = общее количество меди / общее количество количество сплава е (х) = (4 + х) / (8+х) Теперь вычислите количество, а затем выберите один из следующих операторы для интерпретации этого значения. Начальная концентрация меди в сплав. B концентрация меди в сплаве после удаление 0,7 кг меди. C изменение количества меди, которое дает сплав с концентрацией меди 70%. D общее количество сплава, которое у вас есть, если его концентрация меди составляет 70%. E количество меди, которое нужно удалить, чтобы сплав превращается в чистое олово. F концентрация меди в сплаве после удаление 2 кг меди. G концентрация меди в сплаве после добавляют 0,7 кг меди. H не имеет физического смысла (1) f−1(0.7)= что равно ? (выбирать значение) A B C D E F G H

Вопрос

Пошаговый ответ

AI Рекомендуемый ответ:

f?1(0. 7)=1.14 which



Видео с лучшим совпадением Рекомендация:

Решено проверенным экспертом

У нас нет заданного вами вопроса, но вот рекомендуемое видео, которое может помочь.

Химик изучает свойства бронзового сплава (смеси) меди и олова. Она начинает с 6 кг сплава, который на одну треть состоит из олова_ Сохраняя количество меди постоянным; она добавляет в сплав небольшое количество олова: пусть w будет общим количеством добавленного олова в кг. Определить концентрацию олова C как функцию €; количество кг добавленного олова, Общее количество олова C() Концентрация олова Общее количество сплава Найдите формулу для C (c)_ С()

Рекомендуемые видео

Стенограмма

Нам нужно уравнение для c от x, где c f x говорит нам о концентрации олова. Он должен дать нам номер. От 0 до 1 правильный ответ. Это половина из-за, и они как бы дали нам знать. Вы знаете, что это должно быть. Общее количество 10, деленное на общее количество только что начавшегося сплава, – это то, как это должно выглядеть. Давайте рассмотрим каждую из них как функции. Как выглядит общая сумма? Мы знаем, что x — это то, что мы добавили, но мы также начали с некоторых. Нам сказали, что у нас есть блок по 6 кг и что это третья палатка, то есть мы начали с 2 кг по 10 кг. Мы начинали с килибриумов, если у нас был блок в 6 килограммов. Мне кажется, что наша общая сумма 10 будет суммой, с которой мы начали, а затем добавили. Это разумно для нас, чтобы добавить его. Если x — это сумма, которую мы добавили, то у нас должно быть 2 килограмма плюс x, я думаю, у нас есть числитель, равный общему количеству. Это своего рода сделка, так что мы должны это признать. Мы начинаем с 6-килограммовой точки допуска, так что это должно быть просто, но наше общее количество сплава, как и наше общее количество, увеличивается. Если мы добавим 2 килограмма 10 или 5 килограммов 10, то мы добавим 5 килограммов. Общая масса нашего сплава должна быть такой же, за исключением того, что это будет наш исходный блок, размер, весь блок сплава, а затем мы добавляем x, потому что каждый раз, когда мы добавляем 10, к нему добавляется 10.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *